大學(xué)物理課件：13 光波的偏振_2f

1、113.6 光波的偏振偏振光和自然光起偏和檢偏 Malus定律反射與折射光的偏振波晶片 橢圓偏振和圓偏振雙折射現(xiàn)象2布儒斯特(起偏)角部分偏振光（ ）部分偏振光（ ）自然光馬呂斯Malus定律：偏振光通過偏振片光強(qiáng)變化規(guī)律313.7 雙折射波晶片 橢圓偏振和圓偏振雙折射現(xiàn)象4 光的折射定律給出光折射的規(guī)律，一條入射光只有一條折射光，但是有一類晶體物質(zhì)，一條入射光對應(yīng)兩條折射光，這種現(xiàn)象稱為雙折射。雙折射現(xiàn)象5雙折射中的兩條光線中有一條符合常規(guī)折射定律，稱為尋常光，簡稱 o光；而另一條不符合折射定律，稱為非尋常光，簡稱 e 光。光線垂直入射時(shí)，以入射光為軸旋轉(zhuǎn)晶體時(shí)，e 光也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。 o 光和

2、 e 光是偏振光，且振動(dòng)方向互相垂直。一 雙折射的基本特點(diǎn)：現(xiàn)象玻璃晶體（方解石）自然光自然光雙折射現(xiàn)象6二 產(chǎn)生雙折射的原因 晶體的各向異性在晶體中o光和e光的傳播速度不相同，導(dǎo)致光束分離。由晶體折射率的定義：o光在晶體中傳播各向同性，沿各方向傳播速率相同，其折射率是單值no:e 光在晶體中傳播各向異性，光沿不同方向傳播其速率不同，則其折射率不是單值，是方向的函數(shù)。e 光垂直于光軸方向的折射率為主折射率ne: 垂直于光軸方向的速度負(fù)晶體正晶體雙折射現(xiàn)象7三 雙折射的相關(guān)概念 晶體的光軸：晶體內(nèi)存在一個(gè)特別的方向，光線沿這一特定的方向傳播，o 光和 e 光的傳播速度相同，不發(fā)生雙折射。晶體有單

3、軸晶體和多軸晶體。 光線的主平面：在晶體中傳播的光線與晶體光軸組成的平面稱為該光線的主平面。晶體中 o 光和 e光有各自的主平面。 o 光的振動(dòng)方向垂直于o光的主平面。 e 光的振動(dòng)方向平行于e光的主平面。雙折射現(xiàn)象o 光和 e 光的傳播速率相同，垂直于光軸方向速率差別最大。8晶體的光軸在入射面內(nèi)，o 光和 e 光的主平面重合。i o光的振動(dòng)方向垂直于o光的主平面 e光的振動(dòng)方向平行于e光的主平面負(fù)晶體光軸e光o光雙折射現(xiàn)象晶體光軸垂直于入射面，o光和e光的主平面不重合。ie光o光光軸9 點(diǎn)光源在傳播時(shí)，如果光沿各方向速率相同，波面是球面；如果光沿各方向速率不相同，波面不是球面。 實(shí)驗(yàn)表明：o

4、光的波面是球面；e光的波面是旋轉(zhuǎn)橢球面。負(fù)晶體(方解石)光光光軸正晶體光光光軸(石英)四 用惠更斯原理解釋雙折射雙折射現(xiàn)象10光軸在入射面內(nèi)，與晶體表面平行，光線垂直入射。在晶體中傳播的光線與晶體光軸組成的平面稱為該光線的主平面o光o光e光e光光軸雙折射現(xiàn)象四 用惠更斯原理解釋雙折射負(fù)晶體 o光的振動(dòng)方向垂直于o光的主平面 e光的振動(dòng)方向平行于e光的主平面11光軸在入射面內(nèi)，與晶體表面平行，光線斜入射。o光軸eO光的波前e光的波前負(fù)晶體雙折射現(xiàn)象 o光的振動(dòng)方向垂直于o光的主平面 e光的振動(dòng)方向平行于e光的主平面12光軸在入射面內(nèi)，與晶體表面不平行，光線平行斜入射。o光軸e負(fù)晶體四 用惠更斯原

5、理解釋雙折射雙折射現(xiàn)象 o光的振動(dòng)方向垂直于o光的主平面 e光的振動(dòng)方向平行于e光的主平面13光軸垂直于入射面，與晶體表面平行，光線平行斜入射。光軸oe負(fù)晶體雙折射現(xiàn)象 o光的振動(dòng)方向垂直于o光的主平面 e光的振動(dòng)方向平行于e光的主平面14格蘭 湯姆孫棱鏡玻璃 n=1.655方解石 no=1.6584 ne=1.4864eoi5.利用雙折射獲得線偏振光粘合劑 n=1.655o 光: 幾乎無偏折進(jìn)入方解石而后進(jìn)入空氣e 光: 玻璃 方解石，光密 光疏存在臨界情況：全反射雙折射現(xiàn)象15只要保證：e光在分界面處被全反射, 而后進(jìn)入空氣o光和e光被完全分開, 從而獲得偏振度很高的偏振光格蘭 湯姆孫棱鏡

6、eoi16o光就是振動(dòng)方向與主平面垂直的光。e光就是振動(dòng)方向與主平面平行的光。 當(dāng)光軸在光線入射面內(nèi)時(shí)，o光和e光的主平面重合， o光e光的振動(dòng)方向相互垂直。 兩個(gè)相互垂直的同頻率振動(dòng)合成結(jié)果是圓或是橢圓波晶片 橢圓偏振和圓偏振光17o光的振動(dòng)e光的振動(dòng)正橢圓偏振光圓偏振光線偏振光波晶片 橢圓偏振和圓偏振光18兩相互垂直的光振動(dòng)，只要保持就可以得到穩(wěn)定的圓或正橢圓偏振光。eoo光e光形成 自然光入射時(shí)，o光e光雖然形成，但兩相互垂直度的光振動(dòng)沒有穩(wěn)定的位相差，因而沒有穩(wěn)定的疊加結(jié)果。自然光入射波晶片 橢圓偏振和園偏振光單軸晶片19 偏振光入射時(shí)，由于晶體內(nèi)的o光e光是同一偏振光分離出來的光線，

7、eO光軸主平面入射面 出射的o光e光有恒定位相差，能合成穩(wěn)定的園或橢圓偏振光。20oo光e光分開do光通過厚度為d的晶片時(shí)光程是：e光通過厚度為d的晶片時(shí)光程是：e出晶體后，o光和e光間的光程差是：對應(yīng)位相差是：控制晶體的厚度，可以控制o光和e 光的位相差（光程差)。當(dāng)對應(yīng)光程差21控制晶體的厚度，可以控制o光和e 光的位相差（光程差)。正橢圓偏振圓偏振滿足上式的晶片稱為對應(yīng)波長的四分之一波片。當(dāng)對應(yīng)光程差eO光軸線偏振光通過四分之一波片后變成圓(橢圓)偏振光。利用偏振片和四分之一波片可以從自然光獲得圓(橢圓)偏振光。22滿足上式厚度的晶體稱為對應(yīng)波長的二分之一波片。同樣原理，在控制晶片的厚度時(shí)，如果左旋右旋波晶片 橢圓和園偏振光使得對應(yīng)光程差23左旋右旋EO二分之一波片線偏振光垂直入射二分之一波片24光軸eo圓（橢圓）偏振光通過四分之一波片后變成線偏振光。1/4 波片 + 偏振片可以辨別橢圓偏振和部分偏振光圓偏振光和自然光 兩個(gè)四分之一波片 二分之一波片線偏振光 橢圓或 園偏振光線偏振光波片波片光線具有可逆的性質(zhì)光軸eo偏振光的檢驗(yàn)1/4 玻片偏振片（轉(zhuǎn)動(dòng)）自然光圓偏振光自然光線偏振光線偏振光線偏振光1/4 玻片偏振片（轉(zhuǎn)動(dòng)）部分偏振光線偏振光 部分 偏振光線偏振光線偏振光橢圓偏振光I 不變I 變，有消光I 變，有消光I 變，無消光以入射光為軸轉(zhuǎn)動(dòng)對(橢)圓偏